用於構成磁固定組件和相關的組件的模塊的製作方法
2023-06-21 02:41:01
專利名稱：用於構成磁固定組件和相關的組件的模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模塊，這些模塊可以被連接而形成可以用於多種領域中的組件，例如形成用於遊戲或教育的組件，呈裝飾品形式的室內用品，分子集聚模塊，模型，舞臺，舞臺組件和許多其它用途。
由永磁材料製成的模塊是公知的，這些模塊被用於一種用途而不用於由許多模塊組成一種組件。例如這些永磁模塊被用於西洋棋或跳棋中，其磁元件位於鐵磁的棋板上，位於由字母與/或數字構成的磁板中，這些字母和數字可以藉助於磁力被吸附在鐵磁板上而形成圖文，並且還位於各種形狀的元件中，這些元件都具有磁體，因而可以被吸附在磁板上而形成二維的動物圖案等。
這些可以在市場上得到的磁用品不是基於多個磁模塊的連接，而是簡單地基於這樣的事實，即，把各種模塊相鄰地放置在磁板上便可以形成二維圖案，在磁板上每個單個的模塊被分別短路。
還已知一種用於形成三維結構的系統，其中使用各種模塊的互連。其中具有各種形狀的模塊，不過一般地說，這些模塊是稜柱形的，具有基本上是矩形的平面，它們由塑料基體構成，具有被放置在一個或幾個輪廓面上的磁耦連插入物。所述磁插入物可以由呈規則形狀例如方形或圓形的磁部位構成，它們被對稱地排列成行，或者由具有不同極性的帶狀磁化部分的磁膜構成。
常規模塊的若干個大的局限性之一是，它們必須遵守裝配的「規則」，特別是從可以利用的總的元件數看來，這帶來了嚴重的限制，因而是極為不利的。
關於可用於連接的稜柱體的8個面，只有一些是實際有效的，並且局限於一個小的面積。特別是具有點狀插入物的兩個以上的模塊經常是只有當預定數量的相應的磁點排重疊時，才能夠被連接，同時還要求這些相應的磁點排必須以相反的極性相互面對。在另一些情況下，模塊的上表面和另一個模塊的下表面之間的連接是可能的，但是橫向表面之間的連接則不可能，或者反之亦然。在另一些情況下，表面之間的連接取決於模塊的預先確定的翻轉定位，因此只能夠通過使一個模塊翻轉，即通過交換其上下表面，而另一個保持不變。
除去連接的限制之外，傳統的模塊還受其形成的磁路的低輸出的影響，即用於連接的磁能站具有的總的能量的很小的比例。
沿著其磁路發生的高的磁通耗散使得其具有的磁膜不能夠被充分利用。當結構越複雜時，這種情況越顯得重要，這是因為構成組件的模塊越多氣隙也就越多。為了獲得難於設置而又結實的合成的形狀，例如一種有懸臂粱的結構，磁場源必須具有大的體積，因而需要較多的磁性材料，這使得整個結構的重量增加，並且不可避免地增加成本。
在磁插入物由具有不同極性的帶的磁化膜構成的情況下，還具有附加的缺點，即，每單位連接表面用於連接的有效磁面積是非常有限的，並且要求使用的磁材料具有低的矯頑力。
傳統的裝配模塊還使得其構成的空間構型不會是磁中性的，即所述空間構型和周圍環境具有相互作用，因而導致存在實際上的危險情況。例如尤其是用於兒童時這個問題尤感嚴重，此時呈磁磚形狀的模塊可能吸引散布在周圍的鐵磁材料，例如鐵針、鐵釘等。
因此本發明的目的在於提供一種模塊，它們可以被相互連接而形成複雜的組件，同時能夠消除現有的系統中的缺點。
本發明的另一個目的在於提供一種組件模塊，其能夠快速地、容易地裝配而形成複雜的組件，並且還適合於同樣快速地、容易地被拆卸。
本發明的另一個目的在於提供一種組件模塊，其使得能夠獲得極穩定的三維結構。
按照本發明，上述目的是通過按照任何一個所附的獨立權利要求所述的模塊及其裝配實現的。
在這種情況下，所述組件限定了用於通過由磁插入物產生的磁通的合適的磁路，其中總的氣隙，即在非磁材料中形成的磁通的路徑的量，只是模塊的可能的形狀、具有大的摩擦係數的層所要求的，或者是由結構的允差而產生的，其可以在兩個相鄰模塊的兩個連接表面之間被形成。
按照本發明的永磁模塊具有鐵磁磁軛和鐵磁模塊，它們的組合能夠使磁通完全或至少部分地被短路。
鐵磁磁軛的存在使得磁模塊的總數根據需要而增加，而不以相同的程度增加結構中的整個氣隙。
產生磁通的磁體被串聯設置，並被鐵磁軛以這樣的方式短路，使得在磁路中的模塊的每個附加的插入物增加結構的矯頑力的利用率，因而減少了磁路的磁阻。
完全利用設置的磁勢，和使用的磁性材料一道，使得能夠獲得模塊之間的高的吸引力。
顯然，考慮到較大的內聚力大大增加其自持性，通過合適地組合模塊而形成的短路再次和使用的磁性材料一道，使得能夠形成特殊形狀的更靈活，更複雜的結構。
本發明的另一個特點和優點在於，具有鐵磁磁軛的永磁體模塊和全部是鐵磁的模塊完全不用被置於任何預定的位置以便進行翻轉地連接，與此相反，一個模塊可以在另一個模塊上連續地運動而不會被中斷。
這些和其它的優點通過結合附圖閱讀以下的說明將看得更加清楚，在附圖中磁元件部分用淺的斜線表示，非磁基體的元件部分用粗細交替的斜線表示，同時字母n和s表示磁體的北極和南極，並且磁路的磁通用點劃線表示。
圖1和1d表示按照本發明的永磁模塊部分，圖1a,1b表示通過組合圖1所示的模塊或者組合圖1的模塊和鐵磁模塊而使磁通短路的情況；
圖2和圖3表示按照本發明的永磁模塊的其它例子，圖1c表示使用圖3的模塊和鐵磁模塊組合而形成的被短路的磁通；圖4和圖5表示按照其它實施例單個的永磁模塊和相關的組件，其能夠使磁通完全短路；圖6表示按照本發明的一種可能的實施例的組件，其中除去了模塊的磁元件；圖7表示按照本發明的另一個實施例的一種組件，其中一個模塊可以在另一個上面連續地運動；圖8表示按照本發明的另一個實施例的一種組件，其中所得到的結構不和外部環境相互作用。
圖1的永磁體模塊包括被設置在槽4、5內的上下兩個磁元件2，3，它們位於圓柱形鐵磁軛的相對端。槽4和5也是圓柱形的，但是比磁體2、3沿徑向延伸得較多，以便限定在上下磁體的側壁和相應的槽4,5的側壁之間限定一個間隙70。磁體2,3的磁極軸線和磁軛6的軸線平行，因而通過磁軛6串聯連接。
由兩個磁體2,3和鐵磁軛6形成的磁心被設置在非磁的基體7中，其呈空心圓柱形，在兩端具有開口，以便露出磁體2和3的端面和用於與其它模塊連接的鐵磁軛6的上下邊緣10和110。
使用模塊1可以提供由兩個、三個或更多的模塊與同類型的或不同類型的其它模塊構成的組件，其中在任何情況下都會使磁通短路，如圖1a-1d所示。
通過使用兩個單元，藉助於使用兩個相同模塊1』和1」的拉牢，可以使磁通短路，其中接觸的磁體3』和2」的相反的極性被疊置在一起(圖1a)。還如圖1a所示，模塊1』和1」的相接觸的外部極表面12』和11」表示用於使相同模塊1』和1」倒向連接的第一類直接有效區。鐵磁軛6』的上邊緣10』被模塊1』和與模塊1』接觸的1」中的磁體極化，因而確定一個第二種類型的區域，此時通過感應作用和模塊1」相連。模塊1」的邊緣10」經受完全相同的作用。來自模塊1」的內極表面13」的磁通向著同一模塊的鐵磁體內部6」行進，朝向邊緣10」偏離，連續地通過邊緣10」，然後通過10』，從而最後形成閉合磁路，重新從模塊1』的極表面14』進入。間隙70』和70」分別避免在槽5』和4」的側壁和磁體3』和2」的側壁之間可能形成的磁通短路。
此外，模塊1可以和不同的模塊拉牢，例如和球形的鐵磁模塊15拉牢(圖1b)。
為了由兩個元件形成一個整體上呈磁中性的組件，按照圖1d所示的另一個優選實施例，可以使用具有一個單獨的磁體17和17』的模塊16和16』，模塊16和16』可以通過沿著線1d-1d垂直地切斷模塊1而獲得。在這種情況下，模塊16和16』的相反極性的暴露的極表面18和18』可以倒向接合或者利用一個鐵磁模塊接合。
通過使各個相同的模塊1在兩個連接表面8和9上拉牢，從而使所有的磁體串聯連接，或者通過在一個表面上定位一個相同模塊而在另一個連接表面上定位一個例如球形的鐵磁組件，從而使所有的磁體串聯連接，或者通過在兩個表面8和9上各定住一個例如球形的鐵磁模塊，可以利用永磁體模塊1獲得3個單元的組件。
雖然在本實施例中使用的鐵磁模塊是球形的，以便使磁路完全閉合，但是可以使用各種形狀的鐵磁模塊，將這些模塊插入模塊1構成的組合體中，可以構成包括3個以上的單元的組件。
按照一個不同的實施例，通過在兩個相同的矩形鐵磁部分21和22之間插入磁體20，可以獲得圖2所示的另一種永磁模塊的磁心，其中所述矩形鐵磁部分完全蓋住磁體的相對的極表面23和24，並從所述極表面23,24的邊緣凸出，從而限定極延伸部分25,26。因此，被極化的極延伸部分25,26的邊緣250,260藉助於磁體20的感應形成和其它模塊連接的有效區域。模塊19的磁心被包含在非磁的殼體27中，其具有稜柱形的形狀和方形的截面，只剩下未被蓋住的由極延伸部分25,26的邊緣形成的有效的鐵磁區域。磁體20的極化最後以直角到達兩個部分21,22的軸線。
模塊19能夠通過裝配兩個單元而形成的最小的結構使磁通短路，其中在兩個相對的延伸部分25,26的一個上，吸牢一個相同的模塊或者一個鐵磁模塊，例如球形模塊，或者形成由從模塊19和鐵磁模塊當中選擇的至少3個模塊構成的結構，例如球形模塊，並且包括1個、2個或3個相同的永磁模塊19。在圖3中，按照另一個優選實施例，提供永磁模塊28，其被容納在具有稜柱形的形狀和圓形截面的非磁基體29中。磁心由小的鐵磁圓柱30構成，其相對端和兩個磁體33,34的極表面31,32精確地匹配。兩個磁體33,34平行於小圓柱30的軸線被磁化，其露在外面的極35,36直接限定吸引另一個模塊的有效面積，在這種情況下，每單位表面積能夠吸引的模塊最大。利用本實施例，通過至少3個這樣的模塊串聯可以形成磁通短路，在這種情況下，需要插入球體鐵磁組件37，因而獲得整體上呈三角形的閉合磁路，如圖1c所示。
如圖1c所示，在這種情況下，在模塊1,19和29構成的組件中的具有小的磁通分散，並增加了在設計的靈活性，能夠使磁元件使用的材料的種類和數量最佳化。
已知矯頑力和磁通密度的平方成正比，因此，顯然，按照本發明，可以實現只有一個磁路的鐵磁元件6,21,22,30和37通過磁通，這相當於使用的磁體使得在模塊之間具有大的矯頑力，或者相當於對於一定的矯頑力，所需的磁材料最少。
從複雜的和大的結構看來，例如場景結構，或者用於帳篷或舞臺的支撐結構，通過使用最少的磁材料產生集中的矯頑力能夠儘量減少重量的限制。在某些情況下，人力不足以使模塊分開，因此設計一種使鐵磁系統吸引和排斥的結構，其中沿電磁線圈通過不同方向的電流，或者設計一種機械-人工系統，用於結構的裝配和拆卸期間對元件磁化和去磁。
圖8表示一種利用圖3所示的模塊28和球形的鐵磁體構成組合體110的一個例子，其形成一個完全平衡的磁柵結構，即，具有完全被短路的磁通和全部組合的磁勢，因此，其和外部環境中的物體不會發生相互作用。
圖4所示的模塊50由非磁材料的矩形板38構成，其中沿縱向形成用於具有矩形平面40的鐵磁棒的第一殼體39和用於矩形磁體42的第二殼體41，磁體42的極化方向和板38的平面成直角。殼體41沿縱向和第一殼體39相鄰，並被置於板38的一端。用於棒40和磁體42的殼體39和41的深度等於板38的厚度。由磁體42的上下端構成露在外面的極表面88,90，因而棒40的上下表面92,94成為直接的有效面積和由磁感應激勵的面積，用於和相鄰的模塊相連。
圖5的模塊52也由非磁材料的板43構成，在其下壁84沿縱向形成第一殼體，其深度大約為板的厚度的一半，用於容納具有矩形平面的棒狀的鐵磁元件44。在鐵磁元件44的相對端，在板43的上側壁86上提供有磁化方向相反的兩個相同的磁體47,48的第二第三殼體45,46,使得只露出兩個磁體47和48的極表面80,82。
圖4和圖5的點劃線表示在由模塊50和52構成的組件的操作期間磁通是如何通過鐵磁元件40的部分被完全短路的。更具體地說，非磁層74沿縱向把棒40個磁體42分開，非磁層76將兩個磁體47,48分開，使得從磁體42和47的一個極發出的磁通，只有在經過相鄰模塊50,52的鐵磁棒40和44的部分之後，才能分別在另一個相反極性的極上閉合。
考慮到圖4和圖5所示的模塊50和52和任何其它的已知的模塊相比，具有用於反向吸合的較大的能量，減少了對組件內部的允差的限制。
因此能夠用非磁層蓋住磁體42,47,48連接的極表面，鐵磁體40和44的露在外面的表面完全是為了美觀和衛生，並增加各個模塊50和52之間的摩擦力。
更具體地說，這樣可以確定是應用包括一個或幾個磁體和鐵磁軛的磁心還是應用只有鐵磁心和非磁殼體構成所需形狀的模塊，例如棒狀的、立方體形的，八角形的等等。
磁心的完全非磁的殼體還避免在用於兒童時其口水直接和磁材料或鐵磁材料接觸的危險。
當產生三維結構時，特別是較重而又較複雜的結構，整體的穩定性不僅由矯頑力決定，而且由使兩個連接表面滑動所需的力決定。因而，通過利用摩擦係數高的材料的薄層蓋住模塊來犧牲較高的矯頑力的一部分，這雖然使磁路的磁阻增加，但是作為補償，對摩擦力具有明顯的改進。
圖6的組件具有模塊54，其具有細長的鐵磁元件55，其中的通孔56用於容納磁體58。在本例中，通孔使得具有非磁螺紋的磁體吸合和脫離，因此，根據需要可以將磁體的一部分或全部插入或除去。
通過適當的陽/陰連接部件，將鐵磁元件和活性磁元件彼此相接並與可能存在的非磁性基體相接，上面所述及本發明的其他模塊可實施於可拆的接合模塊。
圖7的組件包括帶有整個的鐵磁磁心152的模塊150和具有圖1d所示的永磁磁心102的模塊100，它們被提供在鐵磁軛104的相對端，鐵磁軛是細長的並被插入非磁棒106中。
在單元100中鐵磁元件的存在使得輸送的磁通的分散性小，但是，主要的是其使得單元100不用彼此相對被定位，圖中給出了模塊之間進行相對位移的例子，如箭頭所示。這增加了可以實現的形狀的數量，其中單元100的每個鐵磁部分，不僅僅是磁體102的極表面，都可以提供和其它單元100的磁連接點。
按照當前的實施例，由所述模塊構成的組件的各種結構具有的允差使得能夠使用非磁材料作為順從環境的蓋層，例如木材，這使得不需要精加工，特別是塑料的壓模鑄造，因此，除去用於遊戲領域之外，還可用於裝備領域中。
特別是，相同的原理可以用於和優選實施例所述的形狀不同的模塊，在一個單元中可以包括一個或幾個上述的有效的磁元件，這些磁元件可以是完全鐵磁的，例如圖6中的55所示，或者是部分鐵磁的，例如圖7中的鐵磁元件104和非磁元件106。
而且，如果需要，磁體可以按照預定的結構被分散在非磁基體的一個或幾個表面上，所述非磁基體可以是具有多個表面的多面體結構。
權利要求
1．一種用於形成組件的模塊，其特徵在於其包括至少一個用於產生吸力的有效磁元件(2,3,17,20,33,34,42,47,48)和至少一個鐵磁元件(6,21,22,30,40,44),其中所述有效磁元件(2,3,17,20,33,34,42,47,48)的相反符號的極表面限定第一種類型的直接有效的區域，用於和其它模塊進行磁連接，與/或極化由它們所形成的模塊和/或要連接的其他模塊的的鐵磁元件(6,21,22,30,40,44),並且其中所述鐵磁元件(6,21,22,30,40,44)限定由有效磁元件的極化而激勵的第二種類型的區域,(110,10,250,260,92,94)，用於連接其它的模塊與/或串聯連接其所形成的模塊的有效磁元件(2和3,47和48,33和34)。
2．如權利要求1所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，所述模塊(1,16,19,28,50,52)包括非磁基體(7,27,29,38,43),所述有效磁元件(2,3,17,20,33,34,42,47,48)和鐵磁元件(6,21,22,30,40,44)被插入所述基體中。
3．如前面任何一個權利要求所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，所述第一種類型的有效區域(13,14,35,36,88,90,80,82)和第二種類型的有效區域(110,10,250,260,92,94)位於所述模塊的外表面。
4．如權利要求1和2所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，提供有非磁層用於覆蓋所述第一種類型的有效區域(13,14,35,36,88,90,80,82)和第二種類型的有效區域(110,10,250,260,92,94)，從而使模塊(1,16,19,28,50,52)具有所需的形狀。
5．如權利要求1和2所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，提供具有大的摩擦係數的非磁層，用於覆蓋所述第一種類型的有效區域(13,14,35,36,88,90,80,82)和第二種類型的有效區域(110,10,250,260,92,94)。
6．如權利要求1到5任何一個所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，所述至少一個鐵磁元件呈細長的稜柱形鐵磁軛(6,30)的形式，所述至少一個磁元件呈上稜柱形磁體(2,33)和下稜柱形磁體(3,34)的形式，所述上磁體(2,33)和下磁體(3,34)通過插入所述稜柱形的軛(6,30)被串聯連接，所述上磁體(2,33)和下磁體(3,34)的外部極表面(13,14,35,36)形成所述用於磁連接的第一種有效區域。
7．如前面任何一個權利要求所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，在所述軛(6)的上下端形成有上槽(4)和下槽(5)，用於容納所述上(2)下(3)磁體，所述上下槽的側壁和所述上下磁體離開一個距離，使得所述上槽(4)的上邊緣(10)和所述下槽(5)的下邊緣(110)形成所述用於磁連接的第二種類型的有效區域。
8．如權利要求6或7所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，利用和所述鐵磁軛(6)的軸線垂直的並位於所述軸線的中點上的平面進行分離，可以得到具有一個磁體(17,17′)的兩個相同的模塊(16,16′)。
9．如權利要求1到5任何一個所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，所述至少一個鐵磁元件呈第一(21)和第二(22)鐵磁部分的形狀，所述一個磁元件至少呈稜柱形磁體(20)的形狀，其兩個極表面的一個由所述第一部分(21)的壁完全蓋住，而另一個由所述第二部分(22)的壁完全蓋住，所述第一(21)和第二(22)鐵磁部分從所述稜柱形磁體(20)的所述極表面(23,24)凸出，從而限定一個磁感應的延伸部分，其邊緣(250,260)形成所述磁連接的第二種類型的有效區域。
10．如權利要求1到5任何一個所述的用於形成組件的模塊，其中所述非磁基體呈基本上為矩形板(38)的形狀，其特徵在於，至少所述一個鐵磁元件和至少所述一個磁元件分別呈基本上為矩形的鐵磁棒(40)和矩形的磁體(42)的形狀，它們具有彼此相等的厚度，並且和所述板(38)的厚度也相等，其沿縱向被所述板(38)分開，所述棒(40)的上(92)下(94)壁形成所述第二類有效區域，磁體(42)的極表面(88,90)和板(38)的平面平行，從而形成所述第一類有效區域。
11．如權利要求1到5任何一個所述的用於形成組件的模塊，其中所述非磁基體呈基本上為矩形板(43)的形狀，其特徵在於，至少所述一個鐵磁元件和至少所述一個磁元件分別呈基本上為矩形的鐵磁棒(44)和第一(47)、第二(48)基本上為矩形的磁體的形狀，其極化方向垂直於板(43)的平面，並被設置在鐵磁元件(44)的相對端上，以便通過所述鐵磁元件(44)被串聯連接，鐵磁棒(44)的下壁形成所述第二類有效區域，兩個磁體(47,48)的外部極表面(80,82)形成所述第一類有效區域。
12．如前面任何一個權利要求所述的用於形成組件的模塊,其特徵在於，在所述至少一個有效磁元件(2,3,17,20,33,34,42,47,48)和所述至少一個鐵磁元件(6,21,22,30,40,44)以及所述非磁基體(7,27,29,38,43)之間提供有可拆的接合部分。
13．如前面任何一個權利要求所述的用於形成組件的模塊，其特徵在於，所述可拆的接合部分利用陰陽型的機械接合部件構成。
14．一種用於形成組件的模塊，其特徵在於，其是通過組合權利要求1到13的一個或幾個部分鐵磁或全部鐵磁的模塊(102)和一個或幾個有效磁元件在一個單元中而獲得的。
15．一種由預定數量的模塊在各自的有效區域相互吸引而獲得的組件，其特徵在於，所述模塊從前面任何一個權利要求所述的模塊(1,16,19,28,50,52,54,100)中選擇。
16．一種由預定數量的模塊在各自的有效區域相互吸引而獲得的組件，其特徵在於，所述模塊從權利要求1-14任何一個所述的模塊(1,16,19,28,50,52,54,100)中選擇，包括由只由鐵磁元件(15,37)形成的模塊和由插入非磁基體中的鐵磁元件形成的模塊。
17．如前面的權利要求所述的組件，其中所述鐵磁元件是一個球(15,37)。
18．一種由預定數量的權利要求15-17的模塊組成的組件，其中各個模塊在所述第一類有效區域(13,14,35,56,88,90,80,82)和所述第二類有效區域(110,10,250,260,92,94)連接,其特徵在於，由所述磁元件(2,3,17,20,33,34,42,47,48,58,102)形成的磁路貫穿所述第一類區域(13,14,35,56,88,90,80,82)和第二類區域(110,10,250,260,92,94)被完全閉合，或者至少部分地通過鐵磁元件，在所述磁路中設置的磁勢串聯連接。
19．一種由預定數量的權利要求15-18的模塊組成的組件，其特徵在於，所述磁路除去在用於連接兩個相連的模塊的有效區域(13,14,35,36,88,90,80,82,110,10,250,260,92,94)之間形成的以及由於存在非磁覆蓋層和具有大的摩擦係數的非磁層而產生間隙之外,只具有由結構允差導致的間隙。
20．一種由預定數量的權利要求15-19的模塊組成的組件，其特徵在於，其限定一種用於娛樂活動或裝備供應的組件，或用於舞臺場景或舞臺之類的組件。
全文摘要
一種用於形成組件的模塊,其包括至少一個用於產生吸力的有效磁元件(2,3,17,20,33,34,42,47,48)和適用於限定用於和其它模塊連接的區域的至少一個鐵磁元件(6,21,22,30,40,44),利用這些模塊,可以形成一個模塊組件,其通過所述鐵磁元件提供完全閉合或至少部分閉合的磁路。
文檔編號G09B1/38GK1305634SQ99807523
公開日2001年7月25日 申請日期1999年3月24日 優先權日1998年5月20日
發明者克勞迪奧·維琴泰利 申請人:克勞迪奧·維琴泰利